Трансмон

Квантовая механика
Часть серии по
${\ Displaystyle я \ HBAR {\ гидроразрыва {\ partial} {\ partial t}} \| \ psi (t) \ rangle = {\ hat {H}} \| \ psi (t) \ rangle}$ Уравнение Шредингера
Вступление Глоссарий История Учебники
Фон Классическая механика Старая квантовая теория Обозначение Бра – Кет Гамильтониан Вмешательство
Основы Согласованность Декогеренция Комплементарность Уровень энергии Запутанность Гамильтониан Принцип неопределенности Основное состояние Вмешательство Измерение Нелокальность Наблюдаемый Оператор Квантовый Квантовая флуктуация Квантовое число Квантовый шум Квантовая область Квантовое состояние Квантовая система Квантовая телепортация Кубит Вращение Суперпозиция Квантовое вакуумное состояние Симметрия (Спонтанное) нарушение симметрии Состояние вакуума Распространение волн Волновая функция Коллапс волновой функции Дуальность волна-частица Волна материи Прямоугольный потенциальный барьер
Последствия Эффект Зеемана Эффект Старка Эффект Ааронова – Бома Квантование Ландау Квантовый эффект Холла Квантовый эффект Зенона Квантовое туннелирование Фотоэлектрический эффект Эффект Казимира
Эксперименты Неравенство Белла Дэвиссон-Гермер Двойная щель Элицур – Вайдман Франк-Герц Неравенство Леггетта – Гарга Мах – Цендер Поппер Квантовый ластик ( отложенный выбор ) Кот Шредингера Штерн-Герлах Отсроченный выбор Уиллера
Составы Обзор Динамические картинки ( Гейзенберг ; Взаимодействие ; Шредингер ) Матрица Фазовое пространство Суммирование по историям (интеграл по путям)
Уравнения Дирак Хеллманн-Фейнман Кляйн – Гордон Липпманн-Швингер Паули Ридберг Шредингер
Интерпретации Обзор Байесовский Последовательные истории Копенгаген де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Многомиры Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Стохастик Транзакционный
Дополнительные темы Квантовый отжиг Квантовый хаос Квантовые вычисления Квантовая геометрия Матрица плотности Квантовая теория поля Дробная квантовая механика Квантовая гравитация Квантовая информатика Квантовое машинное обучение Теория возмущений (квантовая механика) Релятивистская квантовая механика Теория рассеяния Теория сверхтекучего вакуума Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты Квантовая статистическая механика
Ученые Ааронов Колокол Блэкетт Блох Бом Бор Родившийся Bose де Бройль Кэндлин Комптон Дирак Дэвиссон Дебай Эренфест Эйнштейн Эверетт Фок Ферми Фейнман Глаубер Gutzwiller Гейзенберг Гильберта Иордания Крамерс Паули ягненок Ландо Лауэ Мозли Милликен Оннес Планк Раби Раман Ридберг Шредингер Зоммерфельд фон Нейман Weyl Вена Вигнер Zeeman Цайлингер Гоудсмит Уленбек Ян
Категории ► Квантовая механика
v т е

В квантовых вычислениях , а точнее в сверхпроводящих квантовых вычислениях , трансмон - это тип сверхпроводящего зарядового кубита, который был разработан для уменьшения чувствительности к зарядовому шуму. Transmon был разработан Роберт Дж Schoelkopf , Мишель Devoret , Стивен М. Гирвиным и их коллегами из Йельского университета в 2007 году ^[1]^[2] Его название это аббревиатура от термина линии передачи шунтируется плазменные колебания Кубита ; тот, который состоит из коробки куперовской пары«где два сверхпроводника также емкостно шунтированы, чтобы уменьшить чувствительность к шуму заряда, сохраняя при этом достаточный ангармонизм для избирательного управления кубитами». ^[3]

Устройство, состоящее из четырех кубитов трансмона, четырех квантовых шин и четырех резонаторов считывания, изготовлено IBM и опубликовано в npj Quantum Information в январе 2017 года. ^[4]

Трансмон достигает своей пониженной чувствительности к шуму заряда за счет значительного увеличения отношения энергии Джозефсона к энергии заряда. Это достигается за счет использования большого шунтирующего конденсатора. В результате интервалы уровней энергии примерно не зависят от заряда смещения. Планарные кубиты трансмона на кристалле имеют времена когерентности T 1 от ~ 30 до 40 мкс. ^[5] Благодаря замене сверхпроводящего резонатора линии передачи на трехмерный сверхпроводящий резонатор, недавние работы над трансмонными кубитами показали значительное улучшение T ₁ раз, вплоть до 95 мкс. ^[6]^[7] Эти результаты демонстрируют, что предыдущиеT ₁ раз не ограничивалось потерями на джозефсоновском переходе . Понимание фундаментальных ограничений на время когерентности в сверхпроводящих кубитах, таких как трансмон, является активной областью исследований.

Сравнение с коробкой Cooper-Pair [ править ]

Схематичного уровней Кубита энергетической диаграммы эволюция от заряда кубита (сверху, ) до transmon (внизу, ), построенная для первых 3 уровней энергии ( ), как функция от среднего числа из куперовских пар на переход, нормированная на зазор между землей и первое возбужденное состояние. ^[1] Зарядный кубит (вверху) обычно работает в «золотом пятне», где колебания вызывают меньший сдвиг энергии, а ангармонизм максимален. Трансмонные (нижние) уровни энергии нечувствительны к колебаниям, но ангармоничность снижена.

{\ Displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}} = 1}

{\ Displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}} = 50}

{\ displaystyle m = 0,1,2}

{\ displaystyle n_ {g}}

{\ displaystyle n_ {g} = 0,5}

{\ displaystyle n_ {g}}

{\ displaystyle n_ {g}}

Конструкция трансмона аналогична первой конструкции ^[8] куперовского парного бокса, оба описываются одним и тем же гамильтонианом, с той лишь разницей, что это отношение увеличивается за счет шунтирования джозефсоновского перехода с помощью дополнительного конденсатора большой емкости . Здесь - джозефсоновская энергия перехода, а - энергия заряда, обратно пропорциональная полной емкости кубитовой цепи. Преимущество увеличения отношения заключается в нечувствительности к шуму заряда - уровни энергии становятся независимыми от электрического заряда в переходе, таким образом, время когерентности кубита увеличивается. Недостаток - уменьшение ангармонизма , где ${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}}}$ ${\ displaystyle E _ {\ rm {J}}}$ ${\ displaystyle E _ {\ rm {C}}}$ ${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {(E_ {2} -E_ {1}) - (E_ {1} -E_ {0})} {E_ {1} -E_ {0}}}}$ ${\ displaystyle E_ {i}}$ это энергия состояния . Уменьшение ангармонизма усложняет работу устройства как двухуровневой системы, например, возбуждение устройства из основного состояния в первое возбужденное состояние резонансным импульсом также заполняет второе возбужденное состояние. Эта сложность преодолевается сложной конструкцией микроволновых импульсов, которая учитывает более высокие уровни энергии и запрещает их возбуждение деструктивными помехами. ${\ displaystyle | я \ rangle}$

Измерение, контроль и связь трансмонов осуществляется с помощью микроволновых резонаторов с использованием методов квантовой электродинамики контуров , также применимых к другим сверхпроводящим кубитам . Связь с резонаторами осуществляется путем помещения конденсатора между кубитом и резонатором в точке, где электромагнитное поле резонатора является самым большим. Например, в устройствах IBM Quantum Experience резонаторы реализованы с « четвертьволновым » копланарным волноводом с максимальным полем на сигнальной земле, коротким на конце волновода, таким образом, каждый трансмон-кубит IBM имеет длинный резонаторный «хвост». Первоначальное предложение включало аналогичную линию передачирезонаторы, подключенные к каждому трансмону, стали частью названия. Однако зарядовые кубиты, работающие в аналогичном режиме, связанные с различными видами микроволновых резонаторов, также называются трансмонами. ${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}}}$

См. Также [ править ]

Схема квантовой электродинамики (CQED)

Ссылки [ править ]

^ a b J. Koch et al. , "Нечувствительный к заряду кубит, полученный из коробки пар Купера", Phys. Rev. A 76 , 042319 (2007), DOI : 10,1103 / PhysRevA.76.042319 , Arxiv: конд-мат / 0703002
^ JA Schreier et al. , "Подавление декогеренции зарядового шума в сверхпроводящих зарядовых кубитах", Phys. Rev. B 77 , 180502 (2008), DOI : 10,1103 / PhysRevB.77.180502 , Arxiv: 0712,3581
^ Финк, Йоханнес М. (2010). Квантовые нелинейности в цепи сильной связи QED (Ph.D.). ETH Zurich .
^ JM Гамбетта, Дж.М. Chow и М. Штеффен, "Построение логических кубитов в сверхпроводящем квантовой вычислительной системы", npj квантовой информации 3 , 2 (2017), DOI : 10.1038 / s41534-016-0004-0
^ R. Barends et al. , "Когерентный джозефсоновский кубит, подходящий для масштабируемых квантовых интегральных схем", Phys. Rev. Lett. , 111 , (2013), DOI : 10.1103 / PhysRevLett.111.080502 , arXiv: 1304: 2322
^ Х. Пайк и др. , "Наблюдение высокой когерентности в кубитах джозефсоновских переходов, измеренных в трехмерной схеме QED-архитектуры", Phys. Rev. Lett. 107 , 240501 (2011), DOI : 10,1103 / PhysRevLett.107.240501 , Arxiv: 1105,4652
^ C. Rigetti et al. , "Сверхпроводящий кубит в резонаторе волновода с временем когерентности, приближающимся к 0,1 мс", Phys. Ред. B 86 , 100506 (R) (2012), DOI : 10.1103 / PhysRevB.86.100506 , arXiv: 1202.5533
^ Bouchiat, V .; Vion, D .; Joyez, P .; Esteve, D .; Деворет, MH (1998). «Квантовая когерентность с единственной куперовской парой» . Physica Scripta . 1998 (T76): 165. DOI : 10,1238 / Physica.Topical.076a00165 . ISSN 1402-4896 .

[Koch-1] J. Koch et al. , "Нечувствительный к заряду кубит, полученный из коробки пар Купера", Phys. Rev. A 76 , 042319 (2007), DOI : 10,1103 / PhysRevA.76.042319 , Arxiv: конд-мат / 0703002

[Schreier-2] JA Schreier et al. , "Подавление декогеренции зарядового шума в сверхпроводящих зарядовых кубитах", Phys. Rev. B 77 , 180502 (2008), DOI : 10,1103 / PhysRevB.77.180502 , Arxiv: 0712,3581

[3] Финк, Йоханнес М. (2010). Квантовые нелинейности в цепи сильной связи QED (Ph.D.). ETH Zurich .

[4] JM Гамбетта, Дж.М. Chow и М. Штеффен, "Построение логических кубитов в сверхпроводящем квантовой вычислительной системы", npj квантовой информации 3 , 2 (2017), DOI : 10.1038 / s41534-016-0004-0

[Barends-5] R. Barends et al. , "Когерентный джозефсоновский кубит, подходящий для масштабируемых квантовых интегральных схем", Phys. Rev. Lett. , 111 , (2013), DOI : 10.1103 / PhysRevLett.111.080502 , arXiv: 1304: 2322

[Paik-6] Х. Пайк и др. , "Наблюдение высокой когерентности в кубитах джозефсоновских переходов, измеренных в трехмерной схеме QED-архитектуры", Phys. Rev. Lett. 107 , 240501 (2011), DOI : 10,1103 / PhysRevLett.107.240501 , Arxiv: 1105,4652

[Rigetti-7] C. Rigetti et al. , "Сверхпроводящий кубит в резонаторе волновода с временем когерентности, приближающимся к 0,1 мс", Phys. Ред. B 86 , 100506 (R) (2012), DOI : 10.1103 / PhysRevB.86.100506 , arXiv: 1202.5533

[8] Bouchiat, V .; Vion, D .; Joyez, P .; Esteve, D .; Деворет, MH (1998). «Квантовая когерентность с единственной куперовской парой» . Physica Scripta . 1998 (T76): 165. DOI : 10,1238 / Physica.Topical.076a00165 . ISSN 1402-4896 .